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海岛礁在复杂海洋环境影响下的多维动态建模研究

姚远  
【摘要】:地球表面约70%的面积是海洋,海洋是孕育生命的摇篮,也蕴含着丰富的资源。由于海岛、礁石及低潮高地等在《联合国海洋法公约》中的特殊地位,其涉及的领土、领海、毗连区及专属经济区等相关权利和利益十分巨大。任何一个海岛、礁石及低潮高地等归属都将对海洋权益产生深远的影响,业已成为各国争夺的焦点。海岛礁是人类探索和利用海洋的非常重要的支点,而海洋具有实时动态变化,并与海岛礁等进行动态交互的特性,既有一定的规律性,又有较强的随机性,研究和认识海岛礁在潮汐等海洋环境影响下的变化特征与规律是发展海洋经济、有效开发海域资源、保护海洋环境的关键之一。 而随着人类对海洋进一步的开发与利用,海岛礁及其周边海洋环境监测已经成为具有战略性的发展和研究方向。一段时间尤其是近年来,国家对海岛礁及周边环境的监测与调查已经积累了海岛礁多比例尺、多源、异构、海量的测量和遥感数据,以及海洋环境的高动态监测与同化数据等。利用地理信息技术和三维动态建模与表达技术,可以充分挖掘海量数据中的信息,对海岛礁及周边海洋进行更为直观和有效地分析。 论文在分析了陆海多源数据建模、时空数据模型以及陆海三维动态建模与表达方法的基础上,建立了海岛及周边区域陆海无缝三维地形模型,针对海岛礁和动态海洋对象的特点及面向全球多尺度应用的需求,提出了面向可细分对象的时空数据模型,支持对几何模型、物理模型和行为模型的建模,对多种海洋对象及与海岛礁的交互进行了动态建模与表达,最后在自主知识产权的数字地球平台上,开发了海岛礁在潮汐等海洋环境影响下的动态表达与可视化系统,对以上理论与方法进行了验证。论文研究内容主要包括以下三个方面: (1)分析了海岛礁及周边地形的多源数据及其特点,针对陆海多源数据的四个不一致问题进行了研究,在统一了平面基准、垂直基准、数据结构和表达模型的基础上,对海岛礁及周边连续的三维地形进行了一体化的建模和表达。 (2)在分析了动态海洋对象时空数据特点以及现有时空数据模型的基础上,针对陆海对象多源、海量、多尺度、高动态的特点和现有时空数据模型的不足,提出了面向可细分对象的时空数据模型,对潮汐、海浪、温度和盐度以及潮流等海洋对象进行了动态建模与表达,并对海岛礁在潮汐等影响下的交互进行了建模。模型能够支持陆海对象以上特点的同时较好的对时空对象变化过程及交互进行描述与表达。 (3)基于论文提出的理论、技术和方法开发了基于数字地球平台的实验系统,实验系统对海岛礁及周边连续的三维地形进行了多尺度可视化表达并发布为服务,对海洋动态对象进行了多尺度可视化表达,在数字地球平台上对高动态对象及交互进行了建模和表达,将数字地球平台从侧重于陆地延伸到更为广阔的陆海领域,从侧重于静态的数据建模延伸到了动态交互表达。 研究表明,论文提出的面向可细分对象的时空数据模型能够较好的对海岛礁多源、海量、多尺度的数据进行表达,同时支持海洋对象高动态及海陆交互进行表达,并能够较好的适应数字地球平台等多种应用架构,进行广泛应用。


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